饰瓷与基底瓷双层结构全瓷冠残余应力的三维有限元分析

目的探讨全瓷冠高温烧结后冷却过程中,冠内不同部位以及结合界面处残余应力的分布及影响因素。方法三维光学面扫描仪对全瓷修复体基底冠与最终牙冠表面分别进行扫描,获取冠内外点云数据;Geomagic Studio8与UG NX5将扫描后的壳体模型转成三维实体模型;运用有限元分析软件ABAQUS6.7热位移偶合单元对模型进行网格划分,施加温度载荷,模拟全瓷冠高温烧结后冷却过程,分析全瓷冠残余应力分布,并以修饰瓷与基底瓷热膨胀系数相同模型进行对比。结果建立起饰瓷与基底瓷双层结构的全瓷冠三维有限元模型。残余应力在全瓷冠颈缘处修饰-基底瓷结合界面分布最大,在修饰瓷较厚部位残余应力分布较小。随着烧结温度的降低,残余应力逐渐增大。结论运用三维面扫描建立的双层全瓷冠三维有限元模型精确,方法简便;全瓷冠残余应力分布较高部位与临床修复体的易破坏部位一致,提示,在进行全瓷冠修复时要注意基底瓷与修饰瓷热膨胀系数的匹配并且要保证冠边缘保持足够的瓷层厚度。     

金-瓷修复体粘弹性残余应力的有限元分析

目的　分析烤瓷熔附金属修复体冷却过程中形成的残余应力与外载荷对金-瓷结合力的影响,以准确描述金-瓷结合力的大小,为进一步完善金-瓷结合理论和预防崩瓷和瓷裂的发生提供依据。方法　参考国际标准化组织确定的测定金-瓷结合力的三点弯曲实验试样建立有限元模型,采用粘弹性有限元法按冷却过程中粘弹性和弹性不同阶段进行分析,以粘弹性阶段的计算结果作为弹性阶段分析的初始条件将二者进行叠加。结果　修复体完成并施以加载后,瓷层材料承受金属施于的压应力;沿界面分布的残余应力和加载力形成的剪切力相互抵消; 而垂直于界面分布的由加载力形成的拉应力远大于残余应力形成的压应力,并且趋向于界面边界点应力逐渐增大。结论　残余应力对金-瓷结合有着极为重要的影响,而陶瓷材料的粘弹性对于准确分析残余应力十分重要。只要严格控制金属与瓷材料热膨胀系数的差异,残余应力的一些分力有利于金-瓷结合,可以认为构成了金-瓷结合力的一部分。     

全瓷修复体残余应力的有限元分析

目的:研究全瓷修复基底瓷与修饰瓷材料在高温烧结后冷却过程中残余应力的分布规律和影响因素,为临床预防全瓷修复体的损坏提供依据.方法:参考ISO96936:1999标准建立全瓷修复试样的有限元模型,对修复试样高温烧结后冷却过程中,在粘弹性和弹性不同阶段形成的残余应力进行分析,以准确描述全瓷修复试样残余应力的分布.结果:全瓷修复试样在冷却过程中基底瓷收缩变形大于修饰瓷.趋向基底瓷与修饰瓷界面,残余应力随温度降低逐渐增大;随着修饰瓷层厚度增加,界面处残余应力值逐渐减小.结论:基底瓷与修饰瓷材料热膨胀系数的差异,对于全瓷修复体残余应力分布以及修复体寿命有重要的影响, 应严格控制.全瓷材料的粘弹性对于准确分析残余应力分布有十分重要作用.     

后牙全瓷桥三维有限元模型的建立及应力分析

目的:建立下颌后牙三单位全瓷桥三维有限元模型并进行应力分析.方法:利用结构光三维扫描仪(Three Dimentional Sensing System,3DSS)扫描获取所需的三维表层点云图像,再利用Geomagic软件对其进行实体化操作,获得三维实体模型;最后在MSC.MARC软件中进行模型单元划分,获得三维有限元模型,进行有限元应力分析.结果:建立后牙全瓷桥三维有限元模型,总节点数为27974个,六面体总单元数为22964个.Von Mises等效应力的最大值集中在桥体两端的连接体处.结论:利用3DSS辅助建模,提高了建模的精度、速度,为有限元生物力学分析研究提供了一种更为精确、简便的建模方法,TZP-CerS全瓷系统初步认为可用于后牙三单位全瓷桥.     

不同基底瓷厚度对IPS e.max press全瓷冠应力影响的有限元分析

目的：基于有限元数值计算方法探讨不同基底瓷厚度对IPS e.max press全瓷冠应力的影响。方法：建立下颌第一磨牙形态试件,基底瓷厚度分别为0.30 mm、0.50 mm、0.75 mm、1.00 mm、1.20 mm五组全瓷冠轴对称的有限元模型,模拟最大咬合力600 N垂直加载于半球形加载头,得出全瓷冠应力分布状态。结果：五组模型应力分布区域相似,全瓷冠最大主应力峰值均位于基底瓷层内,主要集中在加载区下方邻接粘结剂的基底瓷处;饰面瓷的最大主应力峰值主要集中在饰面瓷咬合面与半球形加载头接触的外侧周围;基牙及粘结剂最大主应力峰值均集中在肩台处。全瓷冠压应力峰值主要集中在加载区下方与半球形加载头接触的饰面瓷区域;IPS e.max press全瓷冠的基底瓷厚度对全瓷冠、基底瓷、饰面瓷、基牙及粘结剂的最大主应力均有影响。结论：IPS e.max press全瓷冠在正常咬合力作用下,可以在满足美观的基础上,尽量增加基底瓷厚度,以期增加全瓷冠整体断裂强度,提高使用寿命。     

不同瓷层厚度对全瓷冠内部应力分布规律影响有限元分析

目的    探讨不同饰瓷和核心瓷牙合面厚度对双层结构氧化锆全瓷冠内部应力分布规律的影响,为临床修复设计提供依据。方法    本研究于2012年3—7月在清华大学计算机教研室进行。利用螺旋CT断层图像,构建上颌第一磨牙氧化锆全瓷冠（核心瓷层和饰瓷层）、黏结剂层、牙体组织、牙根、牙周膜、牙槽骨6部分的三维有限元模型,设计垂直集中载荷600 N的加载方式,观察不同饰瓷牙合面厚度（V）与核心瓷牙合面厚度（C）两因素变化对全瓷冠的最大主应力（S1）分布情况。结果    随着饰瓷厚度增加,饰瓷本身的应力先减小后上升,即饰瓷厚度为0.7 mm时,S1为73.20 MPa;厚度升至0.9 mm时,S1下降至54.56 MPa;厚度升至1.7 mm时,S1则上升至60.16 MPa。而随着核心瓷厚度增加,核心瓷的应力在减小,即核心瓷厚度为0.3 mm时,S1为116.40 MPa;厚度升至1.3 mm时,S1下降至4.17 MPa,其应力峰值下降幅度为96.75%。结论    对全瓷冠的应力分析,得出双层全瓷冠的V和C范围：0.9 mm ≤ V ≤ 1.5 mm,C≥0.5mm。这就要求在全瓷冠临床预备过程中,必须留出至少1.4 mm的空间,即为两者最低限之和。     

基于全瓷冠饰瓷厚度及基底厚度连续变化的全瓷冠三维有限元分析

目的:探讨饰瓷面厚度和基底面厚度双变量同时连续变化情况下全瓷冠饰瓷的应力变化情况。方法:以下颌第一磨牙为例,运用逆向工程和计算机辅助设计技术建立包含两参数(饰瓷面厚度和基底面厚度)连续变化的有限元模型,设定饰瓷面厚度变化范围为0.5～3 mm,肩台宽度变化范围为0.1～1 mm,并在全瓷冠远中颊尖垂直加载200 N的力,约束于牙槽骨底面,观察两因素联动变化对全瓷冠饰瓷最大主应力峰值的影响。结果:随着饰瓷面厚度的增加,饰瓷的MPS峰值从32.048 MPa降低到11.036 MPa,下降幅度为65.56%;随着饰瓷厚度的增加饰瓷厚度变化对饰瓷应力峰值的影响在不断减小;基底面厚度变化对饰瓷的应力峰值没有影响。结论:在全瓷冠的设计过程中可以适度增加饰瓷的厚度而减小基底的厚度。     

不同瓷层和金属厚度的金属烤瓷冠应力的三维有限元分析

目的　对不同金属和瓷层厚度的金属烤瓷冠在承受一定力作用时 ,其金属和瓷粉表面发生的应力变化进行分析 ,为金属烤瓷冠临床应用提供依据。方法　采用三维有限元方法。结果　金属烤瓷冠在受到一定压力时 ,过薄之金属内冠和瓷粉表面拉应力明显增大 ,而不同厚度瓷层之金属内冠和瓷粉表面拉应力相似。结论　临床制作金属烤瓷冠时 ,建议设计金属内冠厚度不小于 0 .3mm ,以防止金属烤瓷冠的瓷体折裂 ;而瓷层厚度选择范围较大 ,只要是适合病人具体情况的 ,都认为是科学合理的     

氧化锆基底和饰瓷结合强度的分析

目的分析和比较几种全瓷系统基底和饰瓷的结合强度。方法制作直径为8 mm、厚度为3 mm的Lava、 Cercon、IPS e.max ZirCAD、Procera试件各20个,分别为Lava组、Cercon组、IPS e.max ZirCAD组、Procera组。每组各选10个试件表面烤制厚度为1 mm的相应饰瓷,10个试件表面烤制厚度为2 mm的相应饰瓷。对试件进行剪切强度的测定和断裂模式的观察。结果饰瓷厚度为1 mm时,Lava、Cercon、IPS e.max ZirCAD、Procera组的剪切强度分别为：（13.82±3.71）、（13.24±2.09）、（6.37±4.15）、（5.19±5.31）MPa;饰瓷厚度为2 mm时,各组的剪切强度分别为：（38.77±1.69）、（21.67±3.34）、（12.70±4.24）、（9.94±6.67）MPa。Lava组和Cercon组的剪切强度高于IPS e.max ZirCAD组和Procera组（P<0.05）,饰瓷厚度为2 mm的试件的剪切强度高于饰瓷厚度为1 mm的试件（P<0.05）。各组试件破坏模式均以界面破坏为主。结论氧化锆基底和饰瓷的结合强度因基底材料的不同而不同,饰瓷的厚度对结合强度有明显的影响。     

饰瓷与氧化锆陶瓷基底预烧结对饰瓷锆瓷结合强度的影响

目的:研究不同烧结工艺对Kavo单斜相氧化锆基底材料与KISS饰瓷结合强度的影响.方法:将Kavo氧化锆试件随机分为3组,每组各10个,以常规预烧结后堆积饰瓷再次烧结作为对照组,对2个实验组试样在预烧结前先涂布一层饰瓷,与氧化锆一起烧结后自然冷却,其中一组冷却后进行表面打磨一组表面不作处理,然后再堆积饰瓷进行烧结,随后万能实验机参照YY 0716-2009标准用剪切实验测试结合强度,并以扫描电镜和能量色散谱仪表征结合界面.结果:氧化锆与饰瓷预烧结组能显著提高结合强度,对照组的结合强度为24.78±3.60MPa,饰瓷预烧结实验组为43.12±5.65MPa,饰瓷预烧结联合表面打磨组为45.38±4.50MPa.实验组间的表面打磨预处理对结合强度无显著影响,P＜0.001.扫描电镜检测发现经过氧化锆与饰瓷预烧结处理后再堆积饰瓷进行烧结,在结合界面形成“锆瓷-饰瓷1-饰瓷2”三层结构,能谱分析发现,在预烧结的饰瓷与锆瓷之间存在广泛的化学元素渗透现象.结果:氧化锆预烧结前涂布饰瓷一起烧结的工艺改变能显著提高氧化锆饰瓷间的结合强度,其作用可能与预烧结后中间层饰瓷与锆瓷间化学元素渗透有关;预烧结后的表面处理对结合强度差异无统计学意义.     

气孔缺陷对磨牙双层全瓷冠力学性能影响的有限元研究

目的研究饰瓷气孔缺陷对磨牙二硅酸锂（LDG）及氧化锆（Y-TZP）双层全瓷冠力学性能的影响。 方法制作上颌第一磨牙LDG双层全瓷冠,使用显微CT扫描并三维重建分析饰瓷内气孔缺陷的尺寸及分布。分别构建上颌第一磨牙LDG及Y-TZP双层全瓷冠三维有限元模型,根据CT数据于饰瓷内添加气孔缺陷并进行加载;A组为对颌牙以200 N加载于牙冠模拟牙尖交错位时的垂直向受力;B组为以200 N与牙长轴呈45°加载于牙冠近、远中舌尖颊斜面,模拟侧方受力;C组为压头垂直位移1 mm加载于牙冠中央窝,模拟体外实验中的加载;计算最大主应力并分析气孔缺陷对其数值的影响。 结果LDG与Y-TZP在各载荷条件下的应力分布近似;垂直向加载时牙尖接触区应力集中,最大应力分别为51.683、50.084 MPa,存在气孔时,应力集中于牙尖接触应力区的气孔缺陷,最大应力上升至290.72、285.92 MPa;45°斜向加载时拉应力集中于核瓷颈部,气孔缺陷无应力集中,最大应力不变;体外加载时中央窝、沟及加载点应力集中,最大应力为107.3、125.41 MPa,存在气孔时,应力集中于拉应力区的气孔缺陷,最大应力上升至359.93、322.39 MPa。 结论饰瓷气孔缺陷对双层全瓷冠应力分布的影响与受载方式有关,位于拉应力集中区的气孔缺陷是导致冠失效的因素。     

Effect of different coping designs on all-ceramic crown stress distribution: A finite element analysis

Objective

To investigate the effect of differential coping designs on the stress distributions of an all-ceramic crown on, the upper central incisor under varying loads.

Methods

3D finite element models with three differential coping designs of an all-ceramic crown on, the upper central incisor were constructed using CAD (computer aided design) software. The coping, designs included: CC (conventional coping), MCL (modified coping without veneer coverage in lingual, surface) and MCM (modified coping without veneer coverage in lingual margin). Loading that, simulated the maximum bite force (200 N) was applied to the crown at differential locations (incisal, edge, lingual fossa and lingual margin). The first principal stress values for the full crown were, calculated and expressed as stress intensity in MPa.

Results

The simulations showed the stress distribution tendencies of the all-ceramic crown with, differential coping materials were similar. The stress concentration was found in the cervical region, coping/veneer layer interface and the loading area for both the coping layer and the veneer layer. Maximal stress value was observed in the loading area. Stress values varied for the three types of, coping designs; however, compared with CC and MCM, MCL exhibited the lowest stress values.

Significance

Modified coping without veneer coverage in the lingual side (MCL) proved promising in, preventing all-ceramic crown failures that originate from veneering porcelain, especially under, abnormal occlusal force.     

有限元法分析不同粘接剂对全瓷冠应力分布的影响

目的：探讨不同种类粘接剂对双层结构的全瓷冠及粘接剂应力分布的影响,为临床修复设计提供依据。方法利用螺旋CT断层图像,构建双层结构的全瓷冠（核瓷层和饰瓷层）、粘接剂层、牙体组织、牙根、牙周膜和牙槽骨6部分的三维有限元模型,设计垂直集中载荷600N的加载方式,分析全瓷冠经3种不同粘接剂（Panavia,3M RelyX Unicem,3M RelyX Luting）粘固后,粘接剂层、核瓷层和饰瓷层的最大主应力分布。结果粘接层应力集中部位为近中颊侧肩台和腭侧面近牙合面部分。核瓷层应力主要集中在核瓷内部,饰瓷层应力主要集中在加载点附近。随着粘接材料弹性模量的增加,位于饰瓷层的最大主应力呈现出下降的趋势,而位于核瓷层和粘接层的最大主应力出现上升的趋势。结论全瓷冠在不同粘接材料粘固后受到力的作用时,最大主应力分布区域相对固定,但分布范围有向加载侧分布的趋势。在某些条件下,高弹性模量的粘接剂可能会降低全瓷冠崩瓷的发生,并在一定程度上降低核瓷层的抗折能力。     

有限元法分析不同粘结剂厚度对全瓷冠应力分布的影响

目的：探讨不同粘结剂厚度对双层结构的全瓷冠及粘结剂应力分布的影响.方法：利用螺旋CT断层图像,构建双层结构的全瓷冠（核瓷层和饰瓷层）,粘结剂层,牙体组织,牙根,牙周膜,牙槽骨各部分的三维有限元模型,设计垂直集中载荷600 N的加载方式,分析不同厚度的粘结剂粘固后核瓷层、饰瓷层及粘结剂层的应力大小及分布状况.结果;核瓷层应力主要集中在核瓷内部,饰瓷层应力主要集中在加载点附近,粘结剂层应力主要集中在近中颊侧肩台和腭侧面近殆面部分.随着粘结剂厚度由50 μm增加到140 μm时,位于饰瓷层、核瓷层和粘结剂层的最大主应力呈现逐渐上升的趋势.结论：临床上应尽量保证全瓷冠与牙体组织的贴合,以减小分布在双层结构全瓷冠和粘结层上的应力,提高全瓷冠的抗折能力.     

(牙合)面厚度与肩台宽度连续变化的下颌第一磨牙全瓷冠三维有限元分析

目的 探讨(牙合)面厚度和肩台宽度同时连续变化情况下下颌第一磨牙全瓷冠的优化设计,以期为全瓷冠的临床设计提供理论基础.方法 运用逆向工程及计算机辅助设计技术建立(牙合)面厚度和肩台宽度连续变化的下颌第一磨牙三维有限元模型,设定(牙合)面厚度变化范围为1～3 mm,肩台宽度变化范围为0.4～1.2 mm,并在全瓷冠颊尖垂直向(牙合)面加载225 N的力,观察验面厚度和肩台宽度同时变化对全瓷冠、粘接剂、基牙、牙周膜和牙槽骨等效应力峰值的影响,同时进行灵敏度分析.结果 随着(牙合)面厚度和肩台宽度的增加,除牙周膜和牙槽骨的等效应力峰值无明显变化外,全瓷冠、粘接剂和基牙的等效应力峰值均下降.当(牙合)面厚度≥1.87 mm、肩台宽度≥0.66 mm时,全瓷冠、粘接剂和基牙的应力响应曲线斜率均位于-1～1之间,即在此区间内等效应力峰值变化相对较小.灵敏度分析显示,肩台宽度对全瓷冠和基牙等效应力峰值的影响较大,(牙合)面厚度对粘接剂等效应力峰值的影响较大.结论 在本项研究所设定的参数范围内,下颌第一磨牙全瓷冠的(牙合)面厚度应不小于1.87 mm,肩台宽度应不小于0.66 mm.

Abstract：

Objective To investigate the effect of different occlusal thickness and shoulder finish line depth on stress distribution of all-ceramic crowns and to select optimal occlusal thickness and shoulder finish line depth using continuous variation of parameters. Methods This analysis was performed using mandibular first molar finite element modl. The range of occlusal thickness was set from 1 mm to 3 mm, and that of shoulder finish line depth was from 0. 4 mm to 1.2 mm. Load of 225 N was applied perpendicularly to the occlusal surface of the tooth at all buccal cusps to simulate functional occlusal force. The maximum equivalent stresses in crown, cement layer, abutment, periodontal ligament, alveolar bone were calculated, and the sensitivities of stresses to the variables were also evaluated. Results The maximum equivalent stresses in crown, cement layer and abutment decreased as occlusal thickness and shoulder finish line depth were increased, while no obvious change were found in maximum equivalent stresses in periodontal ligament and alveolar bone. When occlusal thickness exceeded 1.87 mm and shoulder finish line depth exceeded 0. 66 mm,the tangent slope rate of the maximum equivalent stress response curves ranged from - 1 to 1. Data indicated that occlusal thickness played a more important role in reducing maximum equivalent stress in cement layer than finish line depth did, and shoulder finish line depth was a more effective parameter in reducing maximum equivalent stress in crown and abutment than occlusal thickness was. Conclusions Occlusal thickness exceeding 1.87 mm and shoulder finish line depth exceeding 0. 66 mm are optimal design for ceramic crown on mandibular first molar from biomechanical point of view.     

种植体钛基台和全瓷冠间粘接界面的三维有限元应力分析

目的：观察钛基台支持时四种粘接剂和3种全瓷冠间不同粘接界面的应力分布情况。方法：建立下颌第一磨牙种植体局部结构的三维有限元模型,模拟最大咬力在冠咬面加载水平和垂直力。结果：磷酸锌粘接界面的应力最大;铸瓷冠可以降低粘接界面的应力大小;粘接界面的应力受粘接剂的影响最大;水平加载最大应力远大于垂直加载;弹性应变主要集中在基台与种植体和冠颈部连接处。结论：粘接界面应力过大应首先考虑更换粘接剂,其次考虑面侧向力过大或不平衡,最后考虑修复冠材料。基台与种植体和冠颈部连接处最可能发生折断。三维有限元法应力分析可以为种植修复提供较准确的理论依据,对临床工作准备和预期都具有重要的指导意义。     

不同肩台宽度的下前牙全瓷联冠的有限元分析

目的: 采取有限元分析研究肩台宽度变化对3种不同全瓷材料的下颌中切牙联冠修复的影响。方法: 利用下颌中切牙全瓷联冠的三维有限元模型, 对3种不同全瓷材料以及肩台宽度变化的全瓷联冠进行垂直向和唇向45°大面积加载120 N, 并采用Abaqus 6.11软件包对数据进行力学分析。结果: 利用CBCT、Mimics10.01软件及Abaqus 6.11软件建立了下颌中切牙全瓷联冠、基牙、牙周膜和牙槽骨的三维有限元模型。 不同全瓷材料和肩台宽度对牙周膜、牙槽骨的等效应力峰值几乎无影响。 同一肩台宽度下, 大面积加载120 N时, 3种全瓷联冠中冠受到的拉应力最大为In-Ceram Alumina, 其次为In-Ceram Zirconia, 最小为IPS.Empress2。唇向45°大面积加载120 N时, IPS.Empress2随着肩台宽度增加, 冠边缘的最大拉应力值上升。结论: 建立的三维有限元模型具有很好的几何相似度, 在所设定的条件范围内, 全瓷材料的弹性模量越大, 联冠受到的拉应力也越大。